热排空法测试复合吸附剂吸附脱附性能

　　采用热排空法进行了复合吸附剂吸附脱附性能测试试验.该方法在不使用真空泵的情况下将空气排出,使得系统内空气分压力小于2Pa,符合国家标准对测试试验的要求.通过测定13X沸石原粉和整体成型复合吸附剂的吸附脱附性能得出:其测试值与文献值偏差小于8%,脱附过程和吸附过程中吸附床温度变化速率较高,分别为6.7°C/min和-13.7°C/min;对各个复合吸附剂性能的测试和比对得到复合吸附剂E,其脱附性能较好,将复合吸附剂E应用于太阳能冷管中的制冷系数COP约为0.24~0.28. 沸石-水是较为常用的一种吸附制冷工质对,它的解析温度范围宽,在高温时性质稳定,经过多次吸附脱附后,吸附性能基本不变化.在环境温度下,即使水蒸气分压力很低,沸石依然可以吸附大量的水蒸气;在较高的冷凝温度所对应的较高水蒸气分压力下,沸石又可以脱附大量的水蒸气,这一独特的性质使得沸石-水被广泛地应用于吸附制冷上^[1].同时,沸石-水无污染、不易燃、不破坏臭氧层,是有望替代氟利昂的吸附工质对^[2].

　　但是沸石-水吸附脱附系统是负压系统,具有传质速度较慢、循环周期较长、制冷量小等缺点,且沸石原粉不易成型,成型后经过多次吸附脱附后容易粉化,从而堵塞吸附质的通道.为了提高吸附性能,很多学者对提高沸石的导热系数、吸附脱附性能以及沸石复合成型都进行了深入的研究.Liu等^[3]对13X沸石-水工质对吸附制冷系统的制冷系数和单位制冷功率进行研究.张敏等^[4]对几种不同粒径颗粒状沸石的导热系数和吸附性能进行测量,结果与模拟值相吻合.卢允庄等^[5]将沸石中加入硅溶胶于模具中加压成型制成复合吸附剂,利用热比较法测得其吸附平衡时导热系数为0.23W.(m.K)^-1.刘震炎等^[6]利用该种沸石复合吸附剂制成太阳能冷管,其COP为0.193.

　　以上研究是将吸附剂制作成小试样片,通过真空泵将测试系统内空气排出后测试其吸附性能.而在实际运行的系统中,由于接触热阻以及吸附通道的影响,系统整体成型吸附剂与单个试样的性能有所差异.本文采用热排空法排出测试系统内的空气,对13X沸石和各整体成型复合吸附剂性能进行测试,配制出适用于太阳能吸附制冷的复合吸附剂.

　　1 热排空原理

　　本试验利用分子扩散原理,将吸附床内的空气分子与连续蒸发出的水蒸气混合后排出,从而使得空气的分压力降低,达到较高的空气真空度.如图1所示,在初始状态,系统内充满空气,吸附床内吸附和浸润水.热排空开始后,从吸附床出来的水蒸气向上流动,与系统内的空气混和并经由出口排出系统,同时,系统内的空气在扩散作用下,从浓度高的顶部沿X方向扩散,随着吸附床不断排出水蒸气,系统内的空气混合后不断被排出.初始状态系统内空气体积为0.1L,吸附床含水300g,约合337L水蒸气,水蒸气的体积是空气的3000倍以上.为简化计算,假设空气浓度在Y方向没有变化,而仅随X方向变化;吸附床的水蒸气浓度为100%;引入过剩浓度C=c-c0,参照导热微分方程,系统内空气的浓度C的浓度扩散微分方程及定解条件为: